專利名稱：具有導電粘合劑的耐用電子組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括電子元件和由各向異性導電粘合劑提供的耐用柔性粘結(jié)的電子組件。
背景技術(shù)：
柔性電路用導電粘合劑粘結(jié)，并且為了適當?shù)碾姎膺B接而進行試驗。粘結(jié)區(qū)在制造和使用期間保持剛性，從而很小或沒有不利應(yīng)力被置于粘結(jié)上。用途被設(shè)計成故意避免彎曲粘結(jié)區(qū)。
結(jié)構(gòu)粘合劑因為粘結(jié)強度和抗干擾力是希望的，但通常是脆性的(高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)且在較新電子裝置的使用期間不提供需要的耐久性，及另外通常不是導電的。
已經(jīng)描述了導電粘合劑薄板，例如具有剛性隔離顆粒以在粘結(jié)粘合劑時保持粘合劑厚度。已經(jīng)描述了各向異性粘合劑，例如具有球形顆粒或區(qū)，這些球形顆粒或區(qū)通過制成圖案穿過厚度具有導電性。

發(fā)明內(nèi)容
簡短地說，本發(fā)明提供一種包括第一電子元件、第二電子元件、及在其之間的耐用柔性粘結(jié)的電子組件，所述粘結(jié)包括各向異性導電粘合劑，它包括細長導電顆粒；和在第一電子元件與第二電子元件之間由細長接觸區(qū)提供的至少一個電氣通路，所述粘結(jié)在功能上保持至少約200個撓曲循環(huán)。
本發(fā)明的也提供一種制造電子裝置的方法，該方法包括提供剛才描述的電子組件，其中粘合劑是可固化的并且固化粘合劑，或者其中粘合劑是非固化的并且把粘合劑粘結(jié)到電子元件上。
如這里使用的那樣，“主要尺寸”是指顆粒的直徑、長度、寬度、橫截面、或厚度的最大者，并且“次要尺寸”是指顆粒的直徑、長度、寬度、橫截面、或厚度的最小者，其中主要和次要尺寸都能由標準篩分技術(shù)、顆粒尺寸分級設(shè)備、或供應(yīng)商的描述直接測量或分類；“在功能上保持”是指，在電子元件之間的粘合沒有受到顯著的不利影響，并且涉及這種粘結(jié)的電子組件的結(jié)構(gòu)完整性被保持，及同時，在第一電子元件與第二電子元件之間的至少一個電氣通路在撓曲循環(huán)(下面定義)的至少一部分內(nèi)即在至少一個模式中的至少一次彎曲內(nèi)保持；及“撓曲循環(huán)”是指在四個模式工業(yè)標準樣本智能卡(具有約8.5cm長度、約5.4cm寬度、及約0.8mm厚度的尺寸)的長度(x方向)的一次上和一次下、和同一樣本卡的寬度(y方向)的一次上和一次下，的每一個中的一組彎曲。下面描述有用的設(shè)備和更詳細的過程。
本發(fā)明的電子組件包括耐用柔性粘結(jié)，而現(xiàn)有技術(shù)導電粘合劑粘結(jié)需要剛性區(qū)。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點由本發(fā)明的如下更詳細描述和權(quán)利要求書將是顯然的。公開的原理的以上概述不打算描述每個表明實施例或本公開的每種實施。隨后的詳細描述使用這里公開的原理更具體地舉例說明某些當前優(yōu)選實施例。


圖1是在傳輸模式中得到的在本發(fā)明中有用的粘合劑表面的光學顯微照片的數(shù)字圖像。
圖2是把本發(fā)明的電子組件與比較材料相比較的圖。
具體實施例方式
所有的數(shù)這里假定由術(shù)語“約”修飾。由端點列舉的數(shù)值范圍包括歸入該范圍內(nèi)的所有數(shù)(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及5)。
本發(fā)明提供一種包括第一電子元件、第二電子元件、及在其之間的耐用柔性粘結(jié)的電子組件。粘結(jié)包括各向異性導電粘合劑，各向異性導電粘合劑包括細長導電顆粒。粘結(jié)也提供在第一電子元件與第二電子元件之間通過細長接觸區(qū)的至少一個電氣通路。粘結(jié)在功能上保持至少約200個撓曲循環(huán)。
可以使用任何已知電子元件。具體的選擇由本文件進一步指導。例如，柔性電路可以附加到剛性電路上，兩個柔性電路可以附加在一起，等等。具體地說，電子元件能是集成電路、集成電路芯片觸點、柔性或部分柔性或剛性電子電路、智能卡、諸如射頻分辨(RFID)標簽之類的射頻裝置、諸如移動電話之類的可攜帶電子裝置、個人數(shù)字助手、照相機、簡單或復雜的計算機、計時器、及其組合。
耐用柔性粘結(jié)用來經(jīng)至少一個電氣通路和通過細長接觸區(qū)電氣連接電子元件。另外，可以提供兩個或多個細長接觸區(qū)。優(yōu)選的是，在每個電子元件上使用多個接觸區(qū)，以貫穿接觸的希望時段提供電氣接觸，該時段可能是電子組件的希望壽命。粘結(jié)包括各向異性導電粘合劑，各向異性導電粘合劑包括細長導電顆粒。
在本發(fā)明中的各向異性導電粘合劑材料在電子元件之間提供分立電氣互連(優(yōu)選地每個接觸區(qū)經(jīng)多于一個細長顆粒)，同時也提供與相鄰區(qū)的電氣隔離。例如，這樣一種粘合劑通常穿過其厚度是導電，而橫向是不導電的。
粘合劑的基礎(chǔ)成分可以是熱塑性的或可固化的、或其組合。如這里使用的那樣，“熱塑性”指在熱量施加時經(jīng)受物理變化的的材料，即材料隨著加熱而軟化并且可能流動，及在冷卻時返回其初始非流動狀態(tài)。熱塑性和可固化材料的組合可以包括在熱量施加時經(jīng)受物理變化和化學變化的熱塑性材料，即材料在熱量施加時軟化并且可能流動，及在冷卻時返回其初始非流動狀態(tài)。盡管熱塑性材料可以再次被加熱以使它再次軟化或流動，但組合材料通常再次在加熱下流動得較小或不可能流動。適當?shù)臒崴苄运芰习ň埘ズ推涔簿畚铩⒕埘０?、共聚多酰胺、聚?共聚多酰胺、聚酯-共聚多酰胺、及其組合。聚酯混合物是當前優(yōu)選的。
粘合劑可以從諸如熱熔、壓敏、結(jié)構(gòu)粘合劑、可固化、及其組合之類的幾類選擇。如這里使用的那樣，“結(jié)構(gòu)粘合劑”是指材料能夠在長期應(yīng)力至永久應(yīng)力(例如，數(shù)天、數(shù)星期、數(shù)月、或更長)下、和優(yōu)選地在可以是升高溫度和/或濕度的服務(wù)條件下的同時，保持粘著性質(zhì)。在一個實施例中，粘合劑優(yōu)選地不會流動到損害打算功能的程度。當粘合劑是可固化的時，固化反應(yīng)優(yōu)選地是迅速的，如在小于30秒內(nèi)發(fā)生固化，更優(yōu)選的是小于約15秒，甚至更優(yōu)選的是10、8、或5秒或甚至更小。固化反應(yīng)在升高溫度下可能進行得更快，如高于約100℃，更優(yōu)選地高于約150℃。最大固化溫度優(yōu)選地低于周圍材料受到不利影響的值。在一個方面，這個溫度低于約220℃，更優(yōu)選地低于約210℃，或者甚至低于約200℃。
在一個方面，粘合劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)在固化后變化不大于25℃(更優(yōu)選地小于約10℃)。
在一個方面，粘合劑具有從低于約100MPa、低于約75MPa、及低于約50MPa選擇的存儲切變模量。這樣的性質(zhì)經(jīng)諸如下面描述的流變試驗之類的已知技術(shù)測量。
粘合劑可以包括熱塑性、諸如熱固之類的可固化、及/或彈性材料的組合。在一個方面，粘合劑包括按重量從約30至約70份(pbw)的彈性體(更優(yōu)選地從約30至約60pbw)和對應(yīng)地從約70至30pbw的熱固聚合物(更優(yōu)選地至少約40或甚至50pbw)。例如，粘合劑可以包括從約45至約60pbw的彈性體和至少約40pbw的可固化聚合物。粘合劑也可以包括彈性體和熱塑性聚合物，可選擇地具有熱固聚合物。
適當?shù)膹椥泽w包括天然和合成橡膠、丁基橡膠、腈橡膠、合成聚異戊二烯、乙丙橡膠、乙烯-丙烯-二烯單體橡膠(EPDM)、聚丁二烯、聚異丁烯、聚(α-烯烴)、苯乙烯-丁二烯單體無規(guī)共聚物、含氟彈性體、有機硅橡膠、及其組合。這樣的彈性體包括聚(丁二烯-共-丙烯腈)共聚物。
適當?shù)目晒袒牧习ū┧針渲?、環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、酚醛樹脂、酚醛清漆樹脂、硅酮、及其組合，包括涉及這樣的樹脂的聚合物的混合材料。能使用任何已知的固化機理，如加熱、光、UV、輻射、及/或水分，并且具體的選擇在本技術(shù)的技巧范圍內(nèi)。在智能卡的情況下，一種優(yōu)選的固化機理是加熱。
適當?shù)恼澈蟿┮舶ㄒ阎幕旌喜牧?，如濕態(tài)固化材料、和壓敏可固化材料。
當涉及酚醛樹脂時，這種樹脂可以選擇性地包括六亞甲基四胺(HMTA)。HMTA的含量按重量基于酚醛樹脂重量范圍從至少約5％或6％(wt％)、高到低于約15％或甚至低于約10％。在樹脂中的自由酚水平的范圍可以低于約2wt％，更優(yōu)選地低于約1％或甚至低于約0.2％。
在一個方面，適當?shù)姆尤渲哂性诩s90與約110℃之間的熔化點。
增粘劑也可以包括在各向異性粘合劑中，如松香和松香衍生物、聚萜烯、苯并呋喃-茚、芳烴樹脂、脂族烴樹脂、氫化樹脂及烴樹脂，例如α-蒎基樹脂、β-蒎基樹脂、苧烯基樹脂、戊間二烯基烴樹脂、松香的酯、聚萜烯、萜烯-酚醛塑料、及苯乙烯馬來酐。典型地，每100份重量的基礎(chǔ)粘合劑材料，增粘劑包括按重量的從約10至約200份。
可選擇地，粘合劑也可以包括添加劑，如其它填充物、隔離顆粒、抗氧化劑、UV-穩(wěn)定劑、防腐劑、增強材料、及導熱顆粒。
本發(fā)明的各向異性導電粘合劑成分能由任何已知方法制成。顆粒優(yōu)選地在粘合劑中均勻地分布，如通過任何已知混合技術(shù)，如把顆粒混合到液態(tài)粘合劑中、熔化處理、或通過穿過篩子撒布顆粒。例如，具有諸如纖維之類的細長顆粒的粘合劑能由幾種已知方法制成，如模具涂敷具有選擇粘合劑成分的纖維混合物，或者把粘合劑預(yù)涂敷到襯里、基片、電子元件、或載體膜上，及使用篩分裝置把導電纖維分散到粘合劑上。對于另一個例子，在分散細顆粒時普遍使用諸如面粉篩或鹽搖動篩之類的顆粒撒布器。能使用適當?shù)念w粒撒布器，其中例如使用攪拌或擺動部件來穿過篩子撒布顆粒，該篩子具有適當尺寸的孔。這樣一種過程的例子在美國專利No.6,569,494中描述，給導電顆粒充電的可選擇額外步驟能用來保持顆粒彼此分離。而且，用輥或在兩個輥之間壓制或擠壓包含纖維的粘合劑層、薄板或腹板能進一步嵌入分散的顆粒。
在一個實施例中，導電纖維被錨定或部分埋入在粘合劑中，從而部分纖維在粘結(jié)之前暴露于環(huán)境。這可以使構(gòu)造起多個小彈簧-加載的電氣觸點的作用。在粘結(jié)之后，纖維位于粘結(jié)的平面內(nèi)，并且優(yōu)選地在粘合劑的厚度內(nèi)。
圖1是光學顯微照片的數(shù)字圖像，表示在粘合劑基體中的分散(在該圖像中百分之8的表面積(SA％))細長導電細長顆粒。
導電顆粒的水平被選擇成在希望方向(典型地在厚度或z方向)上提供導電性同時提供橫向電隔離(在x和y方向上不導電)。導電顆粒的水平優(yōu)選地被選擇成為每個接觸區(qū)提供多個顆粒。例如，在一個方面，顆粒密度是每接觸區(qū)或墊至少約六個(更優(yōu)選地至少約30個)。電氣接觸墊尺寸范圍從非常小(例如，在約0.5mm2下)到較大(例如，高達到約9mm2)，(對于智能卡具有4mm2左右的平均值)。
顆粒水平的一種度量是覆蓋的表面積百分比(SA％)。在這種度量中，檢查隨機選擇的區(qū)域的數(shù)字圖像(穿過粘合劑厚度得到的)，優(yōu)選地借助于圖像處理軟件，以相對于沒有顆粒的粘合劑區(qū)域確定由顆粒覆蓋的區(qū)域。顆粒面積除以總面積產(chǎn)生表面積百分比。在本發(fā)明中，在粘合劑中導電顆粒的水平是至少約5SA％，更優(yōu)選地至少約10SA％。在本發(fā)明中，在粘合劑中導電顆粒的水平低于約50表面積百分比(SA％)，較優(yōu)選地低于約40SA％，更優(yōu)選地低于約30SA％。
顆粒表面積覆蓋水平典型地在粘合劑母體的從約1SA％到約30SA％的范圍內(nèi)(更優(yōu)選地從約5SA％到約15SA％)。較低水平應(yīng)該提供每墊至少約6個顆粒，并且較高水平應(yīng)該低于出現(xiàn)滲流或x-y平面導電性的不希望水平的水平。
一般地細長顆粒的主要尺寸在從約10至約500μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約30μm至約250μm。一般地在平均顆粒尺寸基礎(chǔ)上的細長顆粒的最大尺寸在從約15至約200μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約30μm至約180μm。一般地細長顆粒的次要尺寸在從約5至約100μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約10μm至約50μm。
細長顆粒具有很高的縱橫比，例如非球形顆粒、橢圓顆粒、纖維(包括晶須和針)、小片及其組合。
在一個方面，導電顆粒從具有導電涂層的纖維選擇。一般地細長顆粒的主要尺寸(例如，在纖維情況下的長度)對于平均顆粒尺寸在從約10μm至約200μm的范圍內(nèi)，對于較小節(jié)距用途選擇較小顆粒尺寸?；w材料可以是非導電材料，如玻璃。能使用任何已知的導電涂層，例如金屬涂層?？少I到的細長導電顆粒作為Conduct-O-Fil銀涂敷顆?？蓮腜otters Industries，Valley Forage，PA得到。
在另一個實施例中，諸如纖維之類的細長顆粒與具有包括球形和/或不規(guī)則形狀的其它形狀的顆粒相組合地使用。一般地球形和不規(guī)則顆粒的主要尺寸(例如，在球形顆粒情況下的直徑，該直徑是球形顆粒的特定情況下的次要尺寸)對于平均顆粒尺寸在從約2μm至約80μm的范圍內(nèi)，對于較小節(jié)距用途選擇較小顆粒尺寸。在一個方面，當粘結(jié)電子元件時，能是導電或非導電的這樣的輔助顆粒能用來確定粘結(jié)線厚度。
在另一個方面，細長顆粒的次要尺寸用來控制粘合劑粘結(jié)厚度。在這個方面，可選擇非細長顆粒的水平保持得足夠低，而不會不希望地增大粘結(jié)厚度。
在本發(fā)明的一個方面，球形和/或不規(guī)則顆粒的最大平均顆粒尺寸大體上不大于細長顆粒的次要尺寸(例如，纖維的寬度或直徑)。如這里使用的那樣，“大體上大于”是指大于至少約15％，更優(yōu)選地至少約25％，并且在某些情況下50％、100％、200％或甚至更大。在其它方面，當球形和/或不規(guī)則顆粒的最大平均顆粒尺寸大體上大于細長顆粒的次要尺寸(例如，纖維的寬度或直徑)，那么非細長顆粒的量在重量基礎(chǔ)上小于(優(yōu)選地遠小于)細長顆粒的量。在另一個方面，非細長顆粒的量比細長顆粒的量小至少約5wt％(更優(yōu)選地小至少約10wt％，并且在某些實施例中，小至少約20wt％)。
包括導電纖維的粘合劑膜能用來把微處理器模塊粘著到在智能卡上的凹腔中，該卡例如由聚氯乙烯(PVC)或聚酯(PET)制成?？ㄅ髂苁抢缇哂袃?nèi)裝天線的組合卡。模塊使用粘合劑膜和任何已知粘結(jié)方法能粘結(jié)到卡上。一種這樣的方法涉及從Datacard(Semoy，法國)可得到的Model ENC 3000 G4自動模塊粘結(jié)設(shè)備。
使用自動設(shè)備把全操作(full operational)微處理器粘結(jié)到卡坯上的過程參數(shù)包括預(yù)粘著(pretack)溫度(升高得足以使粘合劑發(fā)粘的溫度，例如從約80℃至約200℃；足以把電子裝置粘著到卡上預(yù)粘著壓力，例如從約0.5bar(0.5×105Pa)至約12bar(12×105Pa)，并且保持預(yù)粘著溫度/壓力狀態(tài)約1至約10秒的時段(更優(yōu)選地從約1.5至約5秒)。另外的參數(shù)包括約90℃至約220℃的粘結(jié)頭部溫度，具體地溫度通過快速試驗或粘合劑制造商對于類似粘合劑化學性質(zhì)的指南選擇。另外，上述自動粘結(jié)設(shè)備也能使用從0℃至約200℃的凹腔預(yù)熱；約50牛頓(N)至約100N(更優(yōu)選地從約60N至約80N)的加熱力，使加熱力保持約1至約10秒(更優(yōu)選地從約3至約7秒)，及在低于粘結(jié)溫度，并且優(yōu)選地低于環(huán)境和更優(yōu)選地低于約20℃，的溫度下的可選擇(盡管是優(yōu)選的)冷卻。
在本發(fā)明的一個方面，電子組件在功能上保持。就是說，在電子元件之間的粘著不受到顯著的不利影響，并且涉及耐用柔性粘結(jié)的電子組件的結(jié)構(gòu)完整性被保持，并且同時，在第一電子元件與第二電子元件之間的至少一個電氣通路在撓曲循環(huán)的至少一部分期間保持。在涉及諸如“智能卡”之類的集成電路的一個例子中，這意味著集成電路卡的讀和/或?qū)懩Ｊ奖３挚刹僮?。穿過電氣通路的電阻優(yōu)選地保持低于約30歐姆，更優(yōu)選地低于約20歐姆或甚至低于約10歐姆。
本發(fā)明的耐用柔性粘結(jié)優(yōu)選地在功能上保持至少約200個撓曲循環(huán)，更優(yōu)選地至少約500、1000、2000、4000、5000或甚至更多撓曲循環(huán)。在本發(fā)明的一個方面，電子組件在1000個撓曲循環(huán)之后保持功能，這應(yīng)該保證包括本發(fā)明的諸如智能卡之類的裝置在打算使用的幾年起作用。在另一個方面，電子組件在4000個撓曲循環(huán)之后保持功能，這應(yīng)該保證包括本發(fā)明的諸如智能卡之類的裝置除誤處理之外起作用。
例如，具有8.5cm長度的智能卡樣本通過向卡中心移動夾持到卡每個端部上的爪能被向上彎曲到7.2cm的“新長度”，伴隨有2.4cm的豎直位移，然后釋放到初始狀態(tài)。然后，具有5.4cm寬度的這種卡能被類似地向上彎曲到4.6cm的“新寬度”，伴隨有1.4cm的豎直位移，然后釋放到初始狀態(tài)。然后卡能被向下彎曲到“新長度”，釋放，及向下彎曲到“新寬度”和豎直位移，及釋放。這種撓曲循環(huán)小于一秒，并且1000次撓曲循環(huán)用20分鐘。至少在一個方向上在彎曲之前、期間、及之后以及在這種彎曲之后45分鐘的記錄電阻能提供粘結(jié)耐用性的指示。已知的各向異性導電粘合劑在彎曲時退化或失效(電阻增大高于約20歐姆)，或者表現(xiàn)為指示不良耐久性期望的電阻增大。本發(fā)明的一個方面的電子組件貫穿幾千次撓曲循環(huán)保持類似的電阻，導致良好至優(yōu)良的耐久性期望。更多的細節(jié)下面舉例說明，其中本發(fā)明貫穿幾千次撓曲循環(huán)提供耐久性。
耐久柔性粘結(jié)可以耐受濕度、熱沖擊、及/或高溫。更明確地說，耐久柔性粘結(jié)經(jīng)受得住諸如耐濕性能、耐熱性能、及/或耐熱沖擊性能之類的一個或多個試驗。在優(yōu)選實施例中，粘結(jié)經(jīng)受得住多于一次這樣的試驗。如這里使用的那樣，“經(jīng)受得住”是指，粘結(jié)在功能上保持，并且優(yōu)選地在它被使用的任何裝置中粘結(jié)和/或電子組件不是最弱的鏈接。
例如，在至少約50℃，更優(yōu)選地在至少約60℃或甚至65℃或70℃，的溫度下；同時在至少約50％，更優(yōu)選地至少約80％，最優(yōu)選地至少約90或甚至95％的相對濕度下；在7天(更優(yōu)選地10天或甚至14天)之后通過導電性測量耐濕性能。
對于另一個例子，在使電子組件通過溫度變化而循環(huán)，如對于多個循環(huán)從高溫到低溫及返回，之后通過測量導電性確定耐熱沖擊性能。高溫是至少約50℃，更優(yōu)選地至少約60℃或70℃，或者甚至更高(盡管優(yōu)選地低于諸如約210℃之類的最大粘結(jié)溫度)。低溫低于約0℃，更優(yōu)選地低于約-20℃、-30℃、-35℃、-45℃、或者甚至更低(盡管優(yōu)選地高于低溫極值)。循環(huán)數(shù)是至少約3次，更優(yōu)選地至少約10、25、50、100次、或者甚至更大(盡管50次循環(huán)通常足以保證電子組件承受幾個月至幾年的正常使用)。用于耐熱沖擊性能測試的一種有用組合涉及在70℃與-35℃之間的50次沖擊之后測量導電性。在這些試驗中，在循環(huán)之后的導電性對于電子組件的功能必須足夠。
對于又一個例子，在暴露于諸如至少約70℃，更優(yōu)選地至少約85℃、100℃、125℃、150℃或甚至更高，的升高溫度下之后通過測量導電性能確定耐熱性能，盡管最大溫度可能由電子組件中的其它元件限制。在這樣一種試驗中，組件保持在升高溫度下至少約24小時，更優(yōu)選地至少約48、72、100、250、500、1000、1500、或甚至2000小時，并且在這種暴露之后，組件返回到電子組件保持功能的環(huán)境溫度。
圖2表示對于根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的電子組件、以及缺少本發(fā)明的要求特征的比較例組件的累計通過率。每個試驗具有100％的最大通過率，從而用于這個圖的整體最大值是300％。組件A(例1)表示比組件B(C1)好得多的性能。組件C(例3)表示比組件D(C2)好得多的性能，并且它也表示相對于本發(fā)明的以前實施例(組件A)的改進。組件E(例5)表示比所有以前材料好得多的性能、以及相對于組件F(C3)的改進比較材料B和D的樣本都沒有通過濕度試驗，并且只有10-13％通過熱沖擊試驗。至少100％的三個試驗的總合指示保證電子組件的進一步考慮。比較用于每個試驗的各種組件表明對于根據(jù)本發(fā)明的組件的顯著好的性能。盡管組件A、C及E都優(yōu)于比較組件，但組件E表明整體最好的性能。
分離在第一與第二電子元件之間的粘結(jié)典型地損壞一個或兩個電子元件、一個或多個接觸點、及/或整體電子組件，使電子組件無效。這方面給組件提供耐干擾特征。
本發(fā)明的粘合劑結(jié)構(gòu)提供優(yōu)越的電氣性能，具有諸如較低電阻、對于機械變形的較高耐受力、及/或比具有球形顆粒的已知導電粘合劑高的耐熱沖擊性能之類的特征。
粘合劑能把另外的成分，如導熱、非導電顆粒(它們也可能是導熱的)、抗氧化劑、染料、顏料、填充劑、粘著促進劑、阻燃劑等，包含到它們不干擾用粘合劑制成的粘結(jié)的功能和耐久性的程度。
本發(fā)明在電子裝置和具有電子元件和/或子元件的裝置中是有用的。一種這樣的裝置是智能卡。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點由如下例子進一步表明，但在這些例子中引用的具體材料和其量、以及其它條件和細節(jié)，不應(yīng)該理解成不適當?shù)叵拗票景l(fā)明。
例子材料彈性體丁二烯-丙烯腈共聚物(粘結(jié)丙烯腈成分41重量百分比(wt％)，作為BREON N41H80可從Zeom Chemicals Europe，Ltd.，Sully，South Glamorgan，英國得到)。
樹脂 具有六亞甲基四胺的酚醛清漆樹脂(描述成具有＜0.2％的自由酚和9％的六亞甲基四胺，作為0222 SP可從Bakelite AG，Iserlohn-Letmathe，德國得到)。
粘合劑1聚酯基熱塑性非固化粘結(jié)膜(在作為3MTMThermo-Bond Film 615EG的商標名下可從3M Company，St.Paul，MN得到)具有由Rheometrics Dynamic Analyzer(RDA)測量的和根據(jù)下面描述的試驗方法測試的流變性質(zhì)34℃的Tg、1×108達因/平方厘米(dyn/sq.cm)(10兆帕(MPa))的G′、及5×107dyn/sq.cm(5MPa)的G″。
粘合劑2聚酯基熱塑性非固化粘結(jié)膜(在商標名3MTMThermo-Bond Film 668 EG下可從3M Company，St.Paul，MN得到)具有由RDA測量的流變性質(zhì)10.8℃的Tg、2×107dyn/sq.cm(2MPa)的G′、及1×107dyn/sq.cm(1MPa)的G″。
導電顆粒1(ECP1)涂敷有銀的短玻璃纖維(作為Conduct-O-Fil可從Potters Industries，Valley Forage，PA得到)，描述成具有130μm的平均顆粒尺寸、50μm的D10及175μm的D90以及8wt％的銀，并且相信具有約20-30μm的平均直徑。
導電顆粒2(ECP2)銀涂敷玻璃珠，平均顆粒直徑43μm(作為Conduct-O-Fil可從Potters Industries得到)。
試驗方法A.粘合劑試驗1)與PVC和PETF的180°剝離粘著力具有約200mm的長度和約25mm的寬度的粘合劑膜的試樣使用加熱壓機、使用190℃的溫度和3bar(3×105Pa)的壓力及5秒的粘結(jié)時間，被粘結(jié)到聚氯乙烯(PVC)(作為W/M2XB 190μm可從在LaGarenne Colombes中的ALT，法國得到的卡)或聚對苯二甲酸乙酯(PETF)(聚酯膜307μm厚，作為MELINEX Core可從DuPont Co.，Wilmington，DE得到)的試驗面板上。類似的第二薄板通過層壓然后被粘結(jié)到粘合劑膜的暴露表面上。然后使用Instron 4301(來自InstronCorp.，Canton，MA)通過夾住試樣的暴露端部并且以150mm/min的速率在180°下剝離進行180°剝離測量。試驗在三個樣本上進行，并且按牛頓/厘米(N/cm)記錄平均結(jié)果。
2)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg℃動態(tài)機械熱分析(DMTA)用來指示粘合劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg(按℃)。使用可從Rheometric Scientific，Inc.，Piscataway，NJ得到的Dynamic Mechanical Thermal Analyzer V以每分鐘2℃的速率在從-100℃至200℃的范圍上加熱膜樣本，并且以1赫茲的頻率和0.05％的應(yīng)變記錄熱轉(zhuǎn)變。試驗在拉伸模式下進行。試驗在至少兩個樣本上進行，并且報告平均結(jié)果。
3)流變性能使用可從Rheometric Scientific得到的Rheometrics DynamicAnalyzer(RDA)在25℃和1赫茲(Hz)下確定存儲切變模量(G′)、損失切變模量(G″)、及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。ASTM D5279整體描述了用于這種試驗方法的儀器。樣本膜被層疊，從而得到1-3mm厚的樣本。樣本被放置在RDA中在8mm直徑的平行板之間，并且在6.28弧度/秒的切變速率下(1赫茲)下操作RDA。以dynes/cm2記錄存儲切變模量(G′)和損失切變模量(G″)并且轉(zhuǎn)換成兆帕(MPa)，及以攝氏度(℃)記錄玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。
4)動態(tài)切變具有約200mm長度和約25mm寬度的粘合劑膜的試樣被粘結(jié)到蝕刻的鋁試驗面板上，從而形成25mm×25mm粘結(jié)區(qū)域。對于基于粘合劑1的例子1、2及C1在140℃和2bar(2×105Pa)壓力下在5分鐘內(nèi)；對于基于粘合劑2的例子3、4及C2在160℃和2bar(2×105Pa)壓力下在5分鐘內(nèi)；及對于例子5、6及C3的粘合劑在190℃和5bar(5×105Pa)壓力下在5分鐘內(nèi)，進行粘結(jié)(下面)。在2.5mm/min的十字頭速度下測試粘結(jié)。在3-4個樣本上進行試驗，并且以MPa報告結(jié)果。
5)表面積百分比使用顯微鏡評估由嵌入顆粒覆蓋的表面積。在其表面上具有嵌入顆粒的物品在20倍放大倍數(shù)下使用裝有攝像機的OLYMPUS BX60 F5(可從Olympus Optical Co.Ltd.，日本得到)顯微鏡檢查。拍攝隨機選擇的區(qū)域的照片，并且圖像以數(shù)字格式存儲以便以后檢查。每個具有幾乎1mm2的面積的幾個圖像，使用SIGMASCAN PRO5圖像處理軟件(可從SPSS Inc.，Chicago IL得到)分析，以得到由顆粒覆蓋的區(qū)域。覆蓋的百分比面積通過把在樣本中所有顆粒的平均面積除以成像區(qū)域的總面積而確定。這個數(shù)乘以100以得到百分比。試驗在三個樣本上進行，報告平均結(jié)果。
B.卡相關(guān)試驗卡制備和電阻具有內(nèi)部嵌入天線和電子連接(作為Dual interface Version OhneModul Menge S13可從ACG法國，Palaiseau Cedex，法國得到)的雙接口PVC卡坯使用自動模塊粘結(jié)設(shè)備(作為Model ENC 3000G4可從Datacard得到)，使用在工業(yè)標準中描述的粘結(jié)過程，即在180℃和9bar(9×105Pa)壓力下在5秒內(nèi)，被粘結(jié)到偽微處理器模塊上。在例子中制備的粘合劑膜用來借助于每個例子的粘合劑制成總共約200個粘結(jié)卡。使用歐姆表(來自Fluke Corp.，Everett，WA的Fluke 83 IIIMultimeter)通過接觸提供在偽模塊上的兩個暴露測量點，測量歐姆電阻。電阻包括偽模塊和嵌入天線的電阻。在初始和在經(jīng)受應(yīng)力試驗之一之后對于電阻評估所有卡。
1)初始電阻在粘結(jié)之后直接測量電阻。對從每個例子的粘合劑制備的80-150個卡進行試驗，并且報告所有卡的平均值。
2)撓曲循環(huán)試驗使用作為“Twister”從Datacard得到的測試設(shè)備根據(jù)ISO/ICE10373 Parts 1-3測試粘結(jié)卡。試驗包括在四個模式中在23℃下的彎曲。模式是上彎20mm(在長度上通過向卡中心移動保持每個卡端部的爪)接著返回原始位置并且重復250次；上彎10mm(在寬度上通過向卡中心移動保持每個卡側(cè)的爪)接著返回原始位置并且重復250次；類似地下彎20mm(在長度上)接著返回原始位置并且重復250次；及類似地下彎10mm(在寬度上)接著返回原始位置并且重復250次。這導致1000次撓曲循環(huán)，這需要約20分鐘。重復這種試驗，以按描述的1000次的增量進行幾千次撓曲循環(huán)，并且在下面報告結(jié)果。對于從每個例子的粘合劑制備的最少20個卡進行試驗。
3)濕度老化粘結(jié)卡暴露于65℃和95％的相對濕度10天。對于從每個例子的粘合劑制備的最少20個卡進行試驗，在幾分鐘內(nèi)從潮濕環(huán)境中除去。
4)熱沖擊粘結(jié)卡暴露于-35℃的溫度15分鐘，然后從冷環(huán)境移動(在1分鐘內(nèi))到在70℃溫度下的烘爐，在該處卡保持15分鐘。然后把卡從烘爐移動(在1分鐘內(nèi))到冷環(huán)境(-35℃)。這種溫度循環(huán)重復50個循環(huán)。在熱沖擊循環(huán)完成的幾分鐘內(nèi)進行試驗。對于從每個例子的粘合劑制備的最少20個卡進行試驗。
在這個試驗中，“通過”是指各個粘結(jié)卡具有20歐姆或更小的測量電阻，“損壞卡”是指各個粘結(jié)卡具有高于20歐姆的測量電阻，及“斷開”是指各個粘結(jié)卡具有無限大的電阻(脫開卡或開路)。下面的表格包括對于每個試驗對于最少20個卡對于百分比“通過”和百分比“開路”的結(jié)果。
5)模塊粘著如上述那樣把模塊粘結(jié)到卡中(卡制備)。然后切開在模塊下面卡的小截面，允許接近模塊的后面。然后把卡保持在拉伸試驗機中的夾具中，并且具有6.5mm直徑的平端的圓柱形探針從卡的后側(cè)以10mm/min的十字頭速度向粘結(jié)模塊前進。按牛頓記錄在粘結(jié)折斷處的最大力。對每個例子的粘合劑的3-4個卡進行試驗，并且報告平均結(jié)果。
6)模塊除去試驗(干擾耐受力)這是干擾耐受力的測量。模塊不應(yīng)該從卡除去而沒有本身損壞或?qū)τ谀K的損害，這使得不可能使用來自它的數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)從它傳輸?shù)搅硪粋€卡。試驗是卡對于模塊粘結(jié)的干擾耐受力的主觀指示。試圖采用普通干擾技術(shù)，以完好地除去模塊。這些包括人工剝離。必須模塊才能除去模塊的粘結(jié)組件指示為“+”。能沒有對于模塊和/或卡的損壞而除去模塊的粘結(jié)組件指示為“-”。以對于模塊和/或卡的某種損壞而不用完全損壞它而能除去卡的粘結(jié)組件指示“(+/-)”的中間結(jié)果。
顆粒嵌入在例1-6中，各種涂敷腹板使用設(shè)備嵌有顆粒，該設(shè)備具有帶有篩分開口的儲罐、以及用來攪拌儲罐的裝置和有助于顆粒分配的刷子。適當設(shè)備的一個例子在美國專利No.6,569,494中充分地描述。更明確地說，電氣接地加熱板用來把粘合劑軟化到粘著狀態(tài)，并且然后把顆粒從儲罐噴撒到粘合劑腹板上。這個儲罐在其前壁(到粘合劑腹板最近)中具有矩形開口。開口用在絲網(wǎng)印刷中典型使用的尼龍絲網(wǎng)(80μm尺寸，可從Saati America’s Majestic Division，Somers，NY買到)覆蓋。顆粒在高壓下(典型地在7kV下)被充電，以在噴撒期間保持它們良好地分散。由合成纖維毛氈襯墊制成的涂輥刷子(可從Collins & AitkenCo.，New York.NY買到)在與尼龍絲網(wǎng)接觸的同時被轉(zhuǎn)動，以有助于顆粒穿過絲網(wǎng)分散。刷子的轉(zhuǎn)動速度通過向以每分鐘3至90轉(zhuǎn)(rpm)旋轉(zhuǎn)刷子的馬達施加直流電壓(在0.6V到12V的范圍內(nèi))而改變，這控制分配速率。4V(29rpm)的值提供從10％至14％的表面積百分比。為了便于均勻分配，在儲罐中的顆粒被機械地攪動。在噴撒顆粒之后，腹板通過兩個輥的輥隙，以進一步把分散顆粒嵌在粘合劑腹板中。
在濕度控制環(huán)境中進行所有的例子。在設(shè)備內(nèi)的典型相對濕度保持低于約10％，并且環(huán)境溫度是30℃左右。
例1和2使用上述的一般過程和裝置把ECP 1顆粒嵌在粘合劑1的膜中。使用如下參數(shù)0.46米/分(m/min)(1.5英尺/分(fpm))的腹板速度、90℃的加熱板溫度、在刷子上的充電導線與加熱板之間的30mm距離、及用來轉(zhuǎn)動刷子的4伏特(V)操作電壓。7kV的負直流電位施加到分配裝置上。涂粘合劑膜被送過以每平方英寸20磅(psi)(0.138MPa)的輥隙壓力設(shè)置的兩個有機硅橡膠輥的輥隙。
包括導電纖維的粘合劑膜然后用來把偽微處理器模塊粘著到在由PVC制成的智能卡上的凹腔中。使用上述粘結(jié)設(shè)備使用例1的粘合劑膜把模塊粘結(jié)到PVC卡上。
使用自動設(shè)備把全操作微處理器粘結(jié)到卡坯上的過程參數(shù)包括預(yù)粘著溫度對于例1、2、及C1為100℃；對于例3、4、及C2為160℃；及對于例5、6、及C3為150℃。預(yù)粘著壓力5.5Bar。預(yù)粘著時段1.5至4.5秒。粘結(jié)頭部溫度對于例1、2、及C 1為160℃；對于例3、4、及C2為190℃；及對于例5、6、及C3為200℃。凹腔預(yù)熱(脈沖空氣溫度)0至200℃。加熱力62至78.5牛頓5-6秒。在15℃下的冷卻連續(xù)。
按例1中那樣進行例2，不同之處在于(1)導電顆粒的混合物嵌在粘合劑的表面中。導電顆粒的涂敷混合物包括50pbw的ECP1顆粒和50pbw的ECP2顆粒；及(2)用來把導電顆粒的混合物涂敷到粘合劑膜上的過程參數(shù)被調(diào)節(jié)，從而腹板以4.6m/min(15fpm)運動并且用來轉(zhuǎn)動刷子(17rpm)的操作電壓是2.5V。
通過上述試驗方法對粘合劑膜進行試驗。粘合劑膜的性能概括在表1中。所有粘合劑膜具有約60μm的厚度。粘結(jié)卡的試驗結(jié)果概括在表2中。
例3和4在例3中，通過與在例1中采用的基本相同的方法把ECP 1顆粒涂敷到粘合劑2上，而在例4中，通過例2的方法把例2的顆?；旌衔锿糠蟮秸澈蟿?上。
例5和6通過首先把彈性體溶解在甲基乙基甲酮(MEK)中并且然后添加樹脂，制備55份按重量(pbw)彈性體和45pbw樹脂的溶液。在通過混合完成溶解之后，添加甲苯，從而溶劑比是MEK/甲苯80/20pbw重量。溶液的粘度是約5,000-10,000mPa.sec。
使用刮刀涂膠機把如此制備的溶液涂到包括硅酮涂敷紙的釋放襯里上，從而涂層具有約200μm的厚度。在約60℃的對于除去溶劑有效的最小溫度下使用強制通風烘爐干燥涂層，以給出具有約60μm厚度的非粘著膜。使用上述的試驗方法測試非粘著膜的流變性能。結(jié)果是36.3℃的Tg、3×108 dyn/sq.cm(30MPa)的G′、及2.5×108dyn/sq.cm(25MPa)的G″。通過與在例1中采用的基本相同的方法把ECP1顆粒涂敷到膜上。
例5具體地表明在分別暴露于三種老化試驗，包括濕度(只有10％損壞)、熱沖擊(沒有卡損壞)及彎曲試驗(只有6％卡損壞)，之后損壞較低數(shù)量的卡。
通過與例5相同的方法制備例6，不同之處在于，通過例2的方法把例2的顆?；旌衔锿糠蟮嚼?的粘合劑上。
比較例1-3(C1、C2、C3)具有粘合劑1、粘合劑2、及例5的粘合劑成分的粘合劑膜經(jīng)受過程，借此只有銀涂敷玻璃球嵌在其表面中。過程變量與在纖維和球混合物中采用的那些相同采用90℃的加熱板溫度，4.6m/min(15ft/min)的腹板速度，用于轉(zhuǎn)動刷子(12rpm)的1.8V操作電壓以提供14SA％顆粒，7kV的負直流電位，及20psi(0.138MPa)的硅酮輥輥隙壓力。
如在以上例1中表示的那樣進行C1，不同之處在于，使用ECP2顆粒代替ECP1顆粒。如在以上例3中表示的那樣進行C2，不同之處在于，使用ECP2顆粒代替ECP1顆粒。如在以上例5中表示的那樣進行C3，不同之處在于，使用ECP2顆粒代替ECP1顆粒。
表1.材料性能

表2.試驗結(jié)果


表3.卡試驗結(jié)果

由以上描述對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然，不脫離本發(fā)明的范圍和原理能進行各種修改，并且應(yīng)該理解，本發(fā)明沒有不適當?shù)叵抻谏衔臄⑹龅恼f明性實施例。
權(quán)利要求
1.一種電子組件，包括第一電子元件；第二電子元件；及在其之間的耐用柔性粘結(jié)，所述粘結(jié)包括各向異性導電粘合劑，它包括細長導電顆粒；和在第一電子元件與第二電子元件之間由細長接觸區(qū)提供的至少一個電氣通路，所述粘結(jié)在功能上保持至少約200個撓曲循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，細長導電顆粒從非球形顆粒、橢圓顆粒、纖維、小片及其組合中選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，導電顆粒從具有導電涂層的纖維中選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述粘結(jié)在功能上保持從至少約500、至少約1000、至少約2000、至少約4000、及至少約5000中選擇的撓曲循環(huán)次數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑是可固化的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑是結(jié)構(gòu)粘合劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，在固化之后粘合劑的Tg變化不大于25℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑具有從低于約100MPa、低于約75MPa、及低于約50MPa選擇的存儲切變模量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑在低于約210℃的溫度下在小于約10秒內(nèi)是可固化的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑是熱塑性的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其中，粘合劑從聚酯、共聚多酰胺、聚醚-共聚多酰胺、及其組合中選擇。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述粘結(jié)是抗潮濕的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述粘結(jié)在至少約100小時內(nèi)抗熱沖擊和/或溫度高于約200℃。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑包括從約30至約70份按重量的彈性體和對應(yīng)地從約70至30份按重量的可固化聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其中，彈性體從天然和合成橡膠、含氟彈性體、和有機硅橡膠、及其組合中選擇。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其中，彈性體從丁二烯-丙烯腈共聚物中選擇，并且可選擇地，其中可固化聚合物從環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、酚醛樹脂、酚醛清漆樹脂、及其組合中選擇，其中當涉及酚醛樹脂時，所述樹脂可以選擇性地包括六亞甲基四胺(HMTA)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中，酚醛樹脂具有在約90與約110℃之間的熔點。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中，酚醛樹脂具有在約5至15％范圍內(nèi)，可選擇地在從約6至10％范圍內(nèi)，的HMTA含量。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組件，其中，酚醛樹脂具有從低于約2％、低約1％、及低于約0.2％中選擇的自由酚水平。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑包括從約30至約60份按重量的彈性體和至少約40份按重量的可固化聚合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑包括至少約50份按重量的彈性體和至少約30份按重量的可固化聚合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑包括從約45至約60份按重量的彈性體和至少約40份按重量的可固化聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，粘合劑包括彈性體和熱塑性聚合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，一個電子元件是集成電路芯片觸點。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，一個電子元件是柔性電子電路。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的組件，其中，一個電子元件是剛性的。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，電子組件是智能卡或包括在智能卡中。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，一個電子元件是射頻裝置或包括在射頻裝置中，射頻裝置可選擇地是RFID標簽。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，一個電子元件包括在可攜帶電子裝置中，該可攜帶電子裝置從移動電話、個人數(shù)字助手、照相機、計算機、計時器及其組合中選擇。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，電子組件是抗干擾的。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，還包括非細長顆粒，其中非細長顆?？蛇x擇地包括導電顆粒。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的組件，其中，非細長顆粒具有比細長導電顆粒的次要尺寸平均顆粒尺寸小的主要尺寸平均顆粒尺寸。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的組件，其中，細長顆粒在重量基礎(chǔ)上包括細長顆粒和非細長顆粒總量的大部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的組件，其中，組件具有至少約10％的濕度試驗通過率、至少約15％的熱沖擊試驗通過率、及至少約60％的5000次撓曲循環(huán)試驗通過率。
35.一種制造電子組件的方法，包括提供在第一電子元件與第二電子元件之間的耐用柔性粘結(jié)；所述粘結(jié)包括各向異性導電粘合劑，它包括細長導電顆粒；和在第一電子元件與第二電子元件之間由細長接觸區(qū)提供的至少一個電氣通路，所述粘結(jié)在功能上保持至少約200個撓曲循環(huán)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的組件，其中，粘合劑是可固化的，并且該方法還包括固化該粘合劑。
全文摘要
一種電子組件包括第一電子元件、第二電子元件、及在其之間的耐用柔性粘結(jié)。所述粘結(jié)包括各向異性導電粘合劑，各向異性導電粘合劑包括細長導電顆粒。粘結(jié)提供在第一電子元件與第二電子元件之間穿過細長接觸區(qū)的至少一個電氣通路。這種粘結(jié)在功能上保持至少約200次彎曲。
文檔編號H01L21/60GK1771627SQ200480009589
公開日2006年5月10日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者蘭吉特·迪維加爾皮蒂亞, 大衛(wèi)·A·肯諾, 帕特里斯·雅尼克, 克里斯托夫·阿諾德, 理查德·薩巴捷, 格倫·康奈爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司